Расчет и анализ теоретического цикла теплового двигателя

Расчет и анализ теоретического цикла теплового двигателя

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет транспорта

Кафедра «Тепловозы и тепловозные двигатели»

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

ПО КУРСУ«ТЕПЛОТЕХНИКА»

НА ТЕМУ

«РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЦИКЛА ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ»

Вариант № 21

Гомель 2011

ЗАДАНИЕ НА РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКУЮ РАБОТУ

Вариант № 41

Таблица 1 - Таблица исходных данных

Наименование цикла тепловой машины      р1, МПа                t1, °С      rСр, кДж

кг×КСv, кДж

кг×КR, Дж

Объем выполняемой работы

В расчетно-графической работе предусматривается выполнение следующего объема работ:

показать принципиальную схему и дать краткую характеристику теплового двигателя.

изобразить цикл в координатах p-v и T-s и определить удельный объем, давление и температуру в характерных точках цикла.

определить изменение в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенную и отведенную теплоту, полезную работу.

определить термический к.п.д. цикла по формуле:

ht=1- (А/e k-1).

Полученное значение к.п.д. сравнить со значением, определенным по формуле:

ht=1-(q2/q1),

они должны быть одинаковы.

Введение

Выполнение расчетно-графических работ по теплотехнике позволяет студентам закрепить и углубить знания по основным разделам курса, а также приобрести навыки применения теоретических знаний при решении теплотехнических задач.

В данной работе выполняется расчет и исследование цикла теплового двигателя с подводом теплоты при постоянном давлении.

Поршневым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называется тепловая машина, в рабочем цилиндре которой происходит сжигание топлива и преобразование теплоты в работу.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания по сравнению с любым другим тепловым двигателем является наиболее экономичным. Малая металлоемкость, надежность, быстрота запуска и относительная долговечность позволили этому типу машины занять ведущее место прежде всего на транспорте.

Покажем принципиальную схему двигателя внутреннего сгорания и дадим краткую характеристику теплового двигателя.

Рисунок 1 -Двигатель внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном давлении

Краткая характеристика двигателя внутреннего сгорания.

Данный двигатель внутреннего сгорания - компрессорный двигатель. В цилиндре двигателя сжимается смесь газа. В конце сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое в среде горячей смеси газа воспламеняется и сгорает при р=const. Для распыла топлива, подаваемого в цилиндр, используют смесь газа, сжатый в компрессоре до давления, в 1,2 - 2 раза превышающего давление в цилиндре (отсюда и произошло название «компрессорные двигатели»).

. Изобразим цикл в координатах p-v и T-s и определим удельный объем, давление и температуру в характерных точках цикла.

Этот цикл состоит из следующих термодинамических процессов:

-2 - адиабатный процесс сжатия воздуха;

-3 - изобарный процесс расширения с подводом теплоты q1, р=const;

-4 - адиабатный процесс расширения воздуха;

-1 - изохорный процесс с отводом теплоты q2, v=const.

Определим параметры в характерных точках цикла.

Точка 1

Удельный объем газа находим из характеристического уравнения

u1=(R×T1)/p1=(301×323)/(0,14×10 6)=0,694 м3/кг.

Точка 2

Так как степень сжатия

e=u1/u2=17,

То

u2=u1/e=0,694/17=0,0408 м3/кг.

Давление p2 находим из выражения

bc=p2/p1=εк;

p2=p1εк=0,14∙106∙171,36=6,59 МПа.

Найдем температуру в точке по формуле

Т2=(р2u2)/R=(6,59∙106∙0,0408)/301=893 K.

Точка 3

Так как р=const, то р3=р2=6,59 МПа.

Так как степень предварительного расширения

r=u3/u2,

то

Температура

Т3=(р3u3)/R=(6,59∙106∙0,0857)/301=1876 K.

Точка 4

Так как u=const,то u4=u1=0,694 м3/кг.

Степень расширения в процессе 3-4

b=u4/u3=0,694/0,0857=8,09 .

Температура

=T3/bк-1=1876/8,09(1,36-1)=884 K.

Давление

р4=(RT4)/u4=(301∙884)/0,694=0,383 МПа.

. Определим изменение в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенную и отведенную теплоту, полезную работу:

Количество подведенной теплоты

=Cp(T3-T2)=1,16×103(1876-893)=1,14 МДж/кг.

Количество отведенной теплоты

=Cu(T4-T1)=0,86×103×(884-323)=0,482 МДж/кг.

Полезная работа циклац=q1-q2=1,14-0,482=0,658 МДж/кг.

Изменение энтропии.

-2: s=const(адиабатный процесс);

2-3: s2-s3=Cp×ln(T3/T2)=1,16×103×ln(1876/893)=0,861 кДж/(кг×К);

3-4: s=const (адиабатный процесс);

-1: s4-s1= Cu×ln(T1/T4)=0,86×103×ln(323/884)=-0,865 кДж/(кг×К).

Изменение внутренней энергии.

-2: DU1-2 =[R/(к-1)]×(T2 -T1)=[301/(1,36-1)]×(893-323)=0,617 МДж/кг;

-3: DU2-3=Cp(T3-T2)=1,16×103×(1876-893)=1,14 МДж/кг;

-4: DU3-4=[R/(к-1)]×(T4-T3)=[301/(1,36-1)]×(884-1876)=-1,07 МДж/кг;

-1: DU4-1=Cu(T1-T4)=0,86×103×(323-884)=-0,482 МДж/кг.

. Определим термический к.п.д. цикла по формуле

тепловой двигатель цикл энтропия

ht=1 - (А/e к-1),

где

A={(ρβ/ε)×[(λεк/βк)-1]+к×[(ρβ/ε)-1]}/[(λ-1)+кλ(ρ-1)].

Так как λ=1, получаем

={(2,1×8,09/17)×[(1×171,36/8,091,36)-1]+1,36×[(2,1×8,09/17)-1]}/

/[(1-1)+1,36×1×(2,1-1)]=1,166.

Термический к.п.д.

ht=1 -(А/e к-1)=1-(1,166/17(1,36-1))=0,58;

ht=1 - (q2/q1)=1 - (0,482/1,14)=0,578.

Сравнивая к.п.д., рассчитанные по разным формулам, видим, что они приблизительно равны между собой.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Расчетно-графические работы по теплотехники/Методические указания. Часть 1. Гомель: БелИИЖТ, 1986. 31с.

.О.М. Рабинович. Сборник задач по технической термодинамике. М.:Машиностроение, 1973. 342с.

.Теплотехника/ Под ред. А.П. Баскакова. М.: Высшая школа, 1991. 250с.

1.